AutowareAuto 之路径规划系列教程（1）-lanelets2高精地图

1.前言

        在自动驾驶中，路径规划是高度依赖于高精地图的，因此在系列课程的第一节，先讲一下高精地图大概的概念，以及lanelet2格式高精地图的表示方法，还有AutowareAuto中是如何发布和可视化lanelet2高精地图的，打造基础印象和概念。

2.高精地图

2.1高精地图的作用

        为自动驾驶车辆提供短期不变的先验信息，以弥补感知设计的传感器的局限性，比如：单目视觉的尺度丢失问题，lidar在雨雾天气的效果以及反射等问题。

2.2.高精地图保存的信息

        可能包括（此处不全面，后面补充）车道线，掉头，停止线，让行标志等路面因素，也可能包括架通信号灯，标志牌，龙门架，杆子等高出地面的信息。

2.3.高精地图的表示方式

        不同的图商有不同的格式，比如apollo的OpenDRIVE格式, Autoware使用的lanelet2格式，每种格式表达信息的方式不同，本文中将讲解lanelet2格式。

3.lanelet2 高精地图                      

3.1 lanelet2是什么

        Lanelet2是一套面向自动驾驶（highly automated driving ，HAD）的地图框架，使用C++实现。

 3.2 lanelet2 设计理念

        下图描述了自动驾驶模块对于HAD map(为HAD服务的地图我们把它简称为HAD map)的使用情况：

        从上图可以看出高精地图在自动驾驶中起到的作用为：

        （1）使用路网（road network）信息进行全局路线规划(routing)、行为决策以及目标预测；

        （2）需要结合车道和其他图层的信息的模块：诸如路径规划(path planning)、场景理解等；

        （3）需要直接访问图层元素的模块：主要是定位模块，将地图的某些图层（比如点云图）用于配准定位；

      routing和path planning的区别：routing是指在导航中获取的从起点到终点的路线，是全局的规划，而path planning是指根据当前的全局规划选择接下来的100米的路径，包括走哪条车道、是否变道等，是局部的规划，两者相交（路径规划需要满足routing的要求）但不相同。

        从这三个方面理解lanelet2的设计理念：

        （1）路网

         路网即地图中道路的拓扑关系，路网语义的主要目的之一就是产生routing，即起点到终点的全局路线，自动驾驶系统中的routing不仅需要知道车的路线（road级别），还需要知道车道（lane）级别的信息，比如说可以走哪些车道、车道是不是公交专用道、车道能否变道、能否借道等等。行为决策也和路网信息高度相关，目前的HAD系统里，行为决策的实现依然是基于交通规则的，对规则列表的适配需要结合routing信息。目标的预测也类似，道路交通中的目标预测一个重要的先验就是目标在多数情况下会在自己的车道上行驶或者遵循交通规则变道，针对不同的道路参与者，交通规则也不一定相同，所以，一个合格的自动驾驶地图，应当包含所有交通参与者的道路规则，比如说非机动车道以及行人可能出现的区域和运动的方向等。

        （2）车道和环境要素信息

        车道的几何信息对于AD系统的规划尤其是动作规划尤为关键，HAD规划系统产生的轨迹并不一定严格遵循车道中心线，在安全和 车道道宽 允许的情况下动作规划模块通常倾向于产生平滑且舒适度高的轨迹，这就意味着我们不仅需要知道车道中心线的位置，车道的边缘坐标对于HAD系统也是非常有意义的。

        （3）物理元素

         基于配准的定位需要直接访问某些地图中的某些物理元素，这些物理元素的类别和具体的定位方法相关。